史海媚 張佳佳 薛亮

摘要：借助眼動追蹤技術(shù)探討色彩對多媒體學習的影響，以學習效果（記憶成績、遷移成績），認知負荷（感知任務難度、心理努力）、內(nèi)部學習動機以及眼動數(shù)據(jù)為評估指標。結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過積極色彩設計的多媒體學習材料能有效喚醒學習者的積極情緒，促進了學習者的思維加工，加深了學生對知識內(nèi)容的理解程度，但在認知負荷的降低與學習動機的提高上，色彩的設計并沒有起到顯著作用。

關鍵詞：色彩設計；多媒體學習；眼動追蹤技術(shù)

1問題的提出

多媒體學習是指學習者在電子學習和基于計算機的學習環(huán)境中參與文本、敘事、動畫和圖形信息的處理的認知過程^[1]。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，多媒體學習已成為正式和非正式場合中的主流學習手段，多媒體技術(shù)的投入更是大大豐富了教學和學習資源的形式。尤其在教育領域，將文本、聲音、動畫、視頻等元素集于一體的多媒體學習材料，為實際教學創(chuàng)造了更加生動的視覺畫面及真實的學習環(huán)境。

正因為多媒體技術(shù)給學習材料的設計帶來很大的操作空間，導致教師對多媒體材料產(chǎn)生了許多誤解。其中，在色彩的選擇和搭配上，由于教師缺乏色彩美學和色彩心理學的相關知識，使得多媒體材料的內(nèi)容雖然出色，但由于視覺設計不科學，明視度（即人眼能夠看清視標所需的距離）和判讀性差，在使用中容易造成學生心情壓抑、注意力不集中、易形成視覺疲勞等問題，直接影響了教學效果。因此，為了實現(xiàn)教學效果的最優(yōu)化，制作出界面布局合理、色彩搭配和諧的高水平多媒體學習材料，無疑是多媒體教學中值得關注的方面。

色彩是指除了黑白兩種顏色之外的各種顏色，通常將波長相對較長的色彩系列稱為暖色，如紅色、黃色等；波長相對較短的則歸類為冷色，如藍色、紫色等。人類的視覺環(huán)境是一個色彩的世界，色彩作為多媒體設計元素的基礎，其固有的視覺識別性與視覺吸引力具有鮮明的傳情達意的優(yōu)勢，能賦予文字與文字、文字與背景之間豐富的構(gòu)造變化，從而迅速地吸引學習者的學習注意力，增加其閱讀興趣。色彩心理學已有的研究指出，色彩的基調(diào)與人的情緒及心理有著微妙的聯(lián)系，大部分的研究結(jié)果認為暖色與人的積極情緒有很大的相關性，此外，從感受情緒、感知速度、視覺刺激強度上，暖色系也略勝一籌^[2]。

在多媒體學習中，學習注意對學習效果有著重要影響。學習注意決定著學習者能否對學習進行更深層次的思考與信息加工，有意義學習能否真正發(fā)生。由于化學學習是以觀察和實驗為基礎的認知過程，當脫離實驗環(huán)境來面對抽象繁雜的化學概念或化學現(xiàn)象時，無論是教還是學，都不可避免地產(chǎn)生枯燥乏味的情緒，從而達不到預期想要的學習效果?；瘜W多媒體學習材料的學習畫面是學生經(jīng)常面對并會直接引起其學習注意的交互對象，色彩作為信息化學習資源界面的重要元素之一，其對學習效果的影響機制值得研究。

進一步分析多媒體學習界面關于色彩設計的相關文獻發(fā)現(xiàn)，色彩對學習過程的影響及優(yōu)化主要是基于問卷調(diào)查法、訪談法等主觀測量手段，并以學習者的情緒變化、學習效果、學習動機、認知負荷等作為評估指標，探討色彩對多媒體學習認知過程中所產(chǎn)生的影響，由于主觀評定量表的局限性，研究者們開始借助能夠客觀測量生理指標的眼動追蹤技術(shù)應用于多媒體的色彩設計。但目前的研究中，關于色彩對多媒體學習影響的眼動研究還處于起步階段。

基于以上分析，本研究將采用問卷調(diào)查法與眼動追蹤技術(shù)，并結(jié)合口語報告，揭示學習者進行多媒體學習時的思維過程，研究的問題主要是：對多媒體學習界面進行積極的色彩設計是否能對學習者的情緒、學習效果、學習動機等相關認知過程產(chǎn)生影響？

2材料與方法

2.1實驗設計

實驗采用單因素被試間設計，學習材料的色彩設計方式為組間變量，分為色彩設計組（明亮色彩頁面）和對照組（黑白頁面）。因變量為積極情緒測量分數(shù)（前測情緒分數(shù)，后測情緒分數(shù)），學習效果（回憶成績，遷移成績），認知負荷（任務感知難度，心理努力程度），眼動指標（總注視時間，注視點個數(shù)，熱點圖，軌跡圖）?？刂谱兞繛橄闰炛R。

2.2實驗對象

選定60名大學生參加本次實驗，其中男生24人，女生36人，所有被試被隨機分到兩個實驗組中：色彩設計組30人，實驗對照組30人。本實驗中所有被試雙眼矯正視力或裸眼視力均在1.0以上，無散光等視力問題現(xiàn)象，具備可以順利進行眼動實驗的基本條件。

2.3實驗設備

采用Tobii Pro Nano眼動儀和Tobii Pro Lab 1.152.3002的軟件來收集相關眼動數(shù)據(jù)，眼動儀的準確度≤0.3°，精確度≤0.1°，采樣率≥60Hz，顯示器大小為15.6寸，分辨率為1920×1080，采用紅外遙測式設計，無需固定被試頭部即可準確采集數(shù)據(jù)。

2.4多媒體學習材料

學習材料為大學結(jié)構(gòu)化學相關內(nèi)容，選自陜西某高校結(jié)構(gòu)化學精品在線課程教學材料，共4張幻燈片，以圖片形式呈現(xiàn)，其中包含的知識類型以陳述性知識為主。學習材料的設計和呈現(xiàn)遵循 Mayer提出的多媒體學習認知原則^[1]。

2.5測量工具

（1）背景知識問卷：參考結(jié)構(gòu)化學任課教師的意見，用5個問題主觀評定學習者對結(jié)構(gòu)化學知識的熟悉程度，例如“我非常熟悉量子力學基礎知識”，“我能準確掌握分子的基本結(jié)構(gòu)以及相關的軌道原理”等問題。采用5級評分（1=非常不符合，5=非常符合）。

（2）積極情感量表：采用張衛(wèi)東^[3]等人修訂的中文版PANAS量表中有關積極情緒的題項（如感興趣的、精神活力高的等），量表內(nèi)部一致性α系數(shù)為0.82。被試根據(jù)自身當前的實際感受，對十個有關積極情緒的形容詞進行評價。采用5點評分（1分=非常輕微或完全沒有，5分=非常強烈）。

（3）學習動機量表：選取 Isen 和 Reeve^?[4]編制的包含八個項目的自評量表，如“它使我充滿了好奇心”，“它很有趣味性”等問題。采用7級評分，（1=非常不符合，7=非常符合），量表內(nèi)部一致性α系數(shù)為0.88，可信度高。

（4）認知負荷量表：采用Paas所編制的認知負荷自評量表^[5]，要求被試在學習任務結(jié)束后根據(jù)自身實際感受對剛才學習任務的難度和所付出的心理努力進行評價。量表采用9點評分（1分=非常簡單，9分=非常困難），內(nèi)部一致性α系數(shù)為0.74，具有良好的信效度。

（5）測驗題目：回憶測驗是為了考察學習者對學習材料的掌握情況，根據(jù)學習內(nèi)容編制3道單選題和1道簡答題，每個問題的答案均在多媒體學習材料中出現(xiàn)過。遷移測試是為了考察學習者能否靈活運用所學到的知識來解決新的且相似的題，設置2道結(jié)構(gòu)化學簡答題作為遷移測試卷。測驗成績評分由三位經(jīng)過嚴格培訓的研究生擔任，評分者一致性系數(shù)均在0.85以上。

2.6實驗步驟

（1）前測階段：被試填寫關于結(jié)構(gòu)化學的背景知識問卷，為了消除先驗知識對學習效果產(chǎn)生的影響，選擇低知識經(jīng)驗者（分數(shù)≤12分）進入正式實驗，實驗開始前填寫積極情感量表。

（2）眼動實驗：被試被隨機分配到各組實驗條件下。在完成眼動儀眼球校準后，學習者自主學習多媒體中的學習材料，被試自主決定學習時間，在保證自己已充分學習材料內(nèi)容后即可單擊鼠標，則會呈現(xiàn)下一張學習材料。眼動儀完整記錄下學生學習時的眼動數(shù)據(jù)。

（3）后測階段：眼動實驗結(jié)束后，被試填寫第二次的積極情感量表，完成遷移測試題，填寫內(nèi)部學習動機量表。

（4）訪談：被試完成實驗后，詢問被試在整個學習過程的思維過程。

2.7數(shù)據(jù)處理

采用眼動儀自帶的 Statistics 功能將所有眼動數(shù)據(jù)以 Excel 形式輸出，最后使用SPSS17.0軟件進行處理分析。

3實驗結(jié)果

3.1學習效果與其他測量指標結(jié)果

對實驗所獲得的認知負荷等變量數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果見表1。

從表1中的結(jié)果可以看出，在經(jīng)歷不同色彩環(huán)境的多媒體學習后，學習者的回憶成績與后測積極情緒分數(shù)存在顯著性差異。本研究的控制變量（學習者的先驗知識）在不同的實驗組中沒有明顯的差異，說明所有學生的背景知識水平基本相同，故在后續(xù)的分析中不再考慮先驗知識水平對學生認知過程的影響。

3.2眼動數(shù)據(jù)分析

（1）?注視指標

選取總注視時間、注視點個數(shù)、作為眼動指標進行分析?？傋⒁晻r間也被稱為是指對某個區(qū)域內(nèi)容的注視時間的總和，注視點個數(shù)是指一定時間內(nèi)注視點在某個區(qū)域內(nèi)的總個數(shù)?？傋⒁晻r間越長，注視點個數(shù)越多，說明該區(qū)域包含復雜的信息，信息加工越困難，認知負荷越大。眼動儀所獲取到的眼動數(shù)據(jù)的平均值、標準差及方差分析結(jié)果如表2所示。

從表中數(shù)據(jù)可看出，兩組被試在總注視時間與注視點個數(shù)上并無顯著性差異，所花費的時間投入相差無幾，說明在信息加工的整個過程中，學習者付出了同樣的認知努力。為了進一步探究色彩的視覺設計是否會引起學習過程中注意力分配的差異，需要借助眼動熱點圖與軌跡圖進行對比。

（2）熱點圖

與總注視時間呼應，在眼動實驗中常以熱點圖來展示被試在某區(qū)域的視覺停留時間，在注視時間無顯著差異的情況下，可質(zhì)性分析信息加工情況。熱點圖是以特殊高亮的形式顯示被試的視覺注意力分布情況，其中包含主要包含三種顏色：紅色表示被試最為感興趣的區(qū)域，該區(qū)域注視點最多、注視時間最長，學習者的信息加工程度最深，黃色次之，綠色最少，兩個實驗組的熱點圖如圖1所示。

可以看出，不同視覺條件下，學習者對多媒體學習界面的關注程度相當，主要集中于關鍵內(nèi)容部分，說明在多媒體的學習中，學習者都進行了一定的加工，從而進行問題的解決。值得注意的是，二者的注意力分布卻各有不同：色彩設計組主要關注在學習界面的后半部分，該區(qū)域集中度很高；而實驗對照組的學習注意則主要分布在學習畫面的各個部分，加工區(qū)域分散，且在多媒體材料的前半部分花費的時間相對較多。熱點圖的實驗結(jié)果直觀表明了即使在總注視時間沒有顯著性差異的情況下，不同的視覺感知也會引起學習注意的不同。經(jīng)過對比分析可以推斷出，由于色彩對學習材料的不同內(nèi)容進行了劃分，在檢索信息時，學生有意識地關注到被色彩標注的內(nèi)容部分并投入更大的注意分配；而實驗對照組中并未加入色彩刺激及區(qū)域劃分，因此在信息的搜索過程中學生無法把握重點，降低了信息加工的準確度，在后續(xù)的問題解決中易受無關信息的干擾。

（3）眼動軌跡圖

眼動軌跡是學習者在學習過程中被眼動儀記錄下來的物理掃描路徑，軌跡圖主要能體現(xiàn)被試在整個學習過程中的心理和思維方式有何差異，通過軌跡圖我們可以了解被試在學習過程中進行認知加工的順序、軌跡以及注視的時長，可從質(zhì)性角度進一步探究兩組參與者的學習差異。兩個不同實驗條件中學習者軌跡圖如圖2所示。

從軌跡路徑分析，兩組學習者均采用自上而下、自左向右的閱讀順序，表示在首次信息加工過程中，色彩的不同并未引起閱讀模式的差異。進一步分析，色彩設計組的軌跡重疊部分多于對照組，并主要在關鍵信息區(qū)域來回注視，而實驗對照組的被試對于學習材料的前半部分即概念闡述區(qū)則有著比較頻繁的搜索次數(shù)，對于材料的細節(jié)部分則投入較少的關注，這與色彩布局有很大的關系。在加工策略上還可以看出，由于色彩將內(nèi)容劃分了不同的區(qū)域，色彩組傾向于在同一內(nèi)容區(qū)域中集中處理信息，將知識點細化處理，有助于識記；對照組則在學習材料中的標題、概念、解釋部分進行整體加工，即在不同的區(qū)域來回觀看，側(cè)面反映出該組學生在認知過程無法自主確定學習重點，說明在多媒體視覺層面的色彩設計中要同時兼顧其能凸顯重點信息的作用，適當?shù)剡M行區(qū)域劃分。

4綜合分析與討論

4.1色彩對學習者情緒的影響

有關情緒研究所取得的成果讓研究者們充分認識到，學習者在多媒體學習過程中會體驗到各種不同的情緒，情緒對人類的認知過程有重大影響，這種影響包括知覺、注意力、學習、記憶、推理和問題解決等方面，學習者的情感還有助于編碼和幫助有效地檢索信息，這些因素對學習成就的影響是至關重要的^[6]。

心理學研究表明：在認知感官中，視覺獲得的信息量最大，而顏色是最容易引起大腦反應的一種感官刺激，色彩作為視覺第一語言，更能第一時間吸引觀看者的視線、引起相應的情感反應，且從色彩與情感的聯(lián)想上考慮，彩色主要是誘發(fā)或者保持學習者的積極情緒^[7]。例如龔少英等人^[8]在視覺層面以顏色和擬人化進行積極情緒的設計，探究二者是如何影響學習者的情緒與學習結(jié)果，研究發(fā)現(xiàn)：彩色能夠誘發(fā)積極情緒， 擬人化不能單獨誘發(fā)積極情緒， 但和彩色結(jié)合可以誘發(fā)積極情緒。Um等人^[9]使用暖色調(diào)及嬰兒笑臉對學習材料進行多媒體視覺元素設計，考察了學習材料情感設計對被試情緒的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對比使用灰色矩形設計的材料，進行色彩設計的學習材料更能誘發(fā)學習者的積極情緒。對廣告設計的研究表明，較高濃度和較明亮的顏色能引發(fā)用戶興奮和放松的感覺，這些感覺反過來又會影響個體對材料的正面評價^[10]。

這與本研究的結(jié)果一致，可以認為對多媒體學習畫面進行色彩設計，能在一定程度上促進積極情緒的激發(fā)，從而提高學習效率。結(jié)合訪談結(jié)果，色彩設計組中有75%的學生指出，雖然呈現(xiàn)的學習材料中存在部分較難理解的內(nèi)容，但使用色彩進行背景布局并同時對內(nèi)容進行分區(qū)處理，在吸引注意力的同時，還能凸顯學習重點，學習目標明確，能保持積極樂觀的心態(tài)完成學習任務；而在黑白頁面的學習中，83%的學生表示：在學習過程中容易產(chǎn)生視覺疲勞，又考慮到結(jié)構(gòu)化學的知識點本身難度較大，不加入任何的指引性標注則很難抓住學習重點，尤其在學習化學概念這一類的純文本材料時，在學習過程中信心逐漸減弱，甚至出現(xiàn)回避學習的現(xiàn)象，學習體驗不佳。

4.2色彩設計對多媒體學習效果的影響

有研究指出，將新知識轉(zhuǎn)化為內(nèi)在的認識，對一些化學陳述性知識或?qū)W習環(huán)境進行藝術(shù)化加工是促進知識鞏固的重要策略之一^[11]。本實驗中對多媒體學習畫面中的背景與字體進行色彩設計與對不同的知識內(nèi)容通過色彩進行了區(qū)域劃分則是藝術(shù)加工的一種方式，說明色彩設計有助于增強短時記憶。在先前的研究中，Chai^[12]借助腦電分析技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，彩色多媒體學習材料對學習者的記憶與學習有著積極的影響；Plass等人^[13]在對學習材料進行設計時，相比于中性色，暖色設計對回憶成績產(chǎn)生促進作用，對遷移作用不顯著；Uｍ等人^[9]通過添加暖而明亮的色調(diào)等積極視覺元素，來進行多媒體學習環(huán)境的視覺情感設計，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，視覺的積極設計能夠提高學習者的情緒體驗，同時提高記憶學習效果，但是對于遷移成績沒有顯著影響，這與本研究結(jié)果一致。

在色彩表征與學習注意的相關研究中指出，色彩作為一種顯性刺激能有效幫助學習者形成初期的“視覺意象”，即通過色彩的吸引學生對內(nèi)容有了淺層的領會，并在此基礎上進行階段性的“注意加工”，從而在其大腦中形成知識的形象性信息并存儲于短時記憶中，在這個過程中色彩充當一種記憶線索，能與特定的知識內(nèi)容存在對應關系^[14][15]，如紅色代表概念的陳述部分，引導學生注意到學習材料中的重要內(nèi)容與關鍵區(qū)域，增強了學生在多媒體學習過程中的信息記憶能力，從而實現(xiàn)對知識信息的精準領會（認識事物并有所體會）。在之后的訪談中，當被問及色彩是否在知識加工中起作用時，色彩組給予了肯定，指出在回憶信息時色彩的布局有助于上下文的識記；對照組則有更大的意愿希望設計者能加入某些視覺特征來區(qū)分內(nèi)容的主次要因素，提高信息提取的效率。

就遷移能力來說，由于考察的知識內(nèi)容廣泛，與學習者自身的學習積累有關，僅僅通過短時間的學習，自然不會大大提高其本身的知識遷移水平，故在遷移成績上，色彩的設計無法使兩組學習者存在較大的差異。

4.3?多媒體學習畫面的色彩設計對認知負荷與學習動機的影響

實驗表明，在多媒體學習界面進行色彩設計并沒有對學習過程中的認知負荷與學習動機產(chǎn)生影響。而部分研究指出，在媒體視覺層面進行色彩設計能影響學習者的認知負荷，但卻未得到一致的結(jié)論，例如Ahmet^[16]在探討設計不同的情感元素在多媒體學習材料中是否會對學習者的積極情緒、心理努力投入等產(chǎn)生影響時發(fā)現(xiàn)彩色設計組的學習者相對來說投入了較高的心理努力，但不會影響任務難度的主觀感知；樂亦揚^[17]則認為色彩能降低學習者的任務難度感知。對于學習動機，Pekrun等人^[18]認為，學習過程中的不同情緒體驗會影響學習者的學習動機，積極的學業(yè)情緒更能促進積極的學習行為，進而影響其學習投入水平。相關研究指出這與學習材料的特點、學習時長、學習者特征、主觀量表的選擇有著密切的關系^[15]，這也說明在未來的工作中仍有很大的研究空間。

綜合來看，多媒體中的色彩布局具有一定的導向與提示作用，能在視覺上吸引學生的學習注意并誘發(fā)個體的積極情緒，基于色彩與心理功能的聯(lián)結(jié)作用，例如明亮飽和的色調(diào)往往給人帶來溫暖的情感體驗，從而激發(fā)學習熱情，促進學生深層次的思維加工。色彩作為多媒體視覺線索的一種，使學習者迅速將注意力集中在相關信息上，提高其查找重要信息的效率，進而加深學生對內(nèi)容的理解程度。由此可見，在多媒體教學中，設計者應有意識地結(jié)合學科學習特點在視覺上對不同層次的知識內(nèi)容進行區(qū)分，利用色彩信號的認知功效幫助學生從“選擇性注意”到“分配性注意”，即從最初的自動加工發(fā)展成精細加工，促進有效學習的發(fā)生，提高信息加工效率，實現(xiàn)教學效果的最大化。

5研究結(jié)論與啟示

經(jīng)過實驗對照，本研究得出如下結(jié)論：由于色彩具有象征性，多媒體學習畫面中的色彩對學生心理的影響從視覺開始，再通過知覺、情感滲入到學生的思想中，最終會反映在他們的行為上^[19]。對多媒體學習畫面進行積極的色彩設計能喚醒學習者的積極情緒，提高學生短時對學習材料的掌握能力（回憶測試成績），在學習動機、感知任務難度、心理努力投入上，相對來說，色彩設計組在整體上具有較為可觀的表現(xiàn)，說明對多媒體學習界面中進行積極的色彩設計有助于改善學習困境。

由于本研究是在高校實驗室中進行，且研究對象為思維發(fā)展水平較高的大學生，無法還原真實的多媒體學習環(huán)境，研究存在一定的局限性，色彩對學習機制的影響研究還有待繼續(xù)深入。對于一線教師來說，由于色彩存在心理反應和聯(lián)想，因此在設計多媒體教學材料時，要以學生為主體，綜合考慮學生的性格、認知水平與心理對色彩的接受程度，正確選擇色彩基調(diào)、合理進行色彩設計將有利于保持學習者認知過程中情緒的穩(wěn)定，從而提升教學效果。

參考文獻：[1]?Mayer and Richard， The Cambridge Handbook of Multimedia Learning： Cognitive Theory of ????Multimedia Learning. 2014（18）： 433-448.

[13]?Plass J L， Heidig S， Hayward E O ， et al. Emotional design in multimedia learning： Effects of shape and color on affect and learning[J]. Learning & Instruction， 2014， 29：128-140.